Решебник по биологии 9 класс Суматохин. Углубленный Часть 1, 2 Часть 1 | Страница 21

Белки выполняют каталитическую, структурную, транспортную, двигательную, регуляторную, сигнальную, защитную и энергетическую функции.

Ферменты – это белки, способные во много раз ускорять химические реакции, протекающие в живых организмах. Они играют роль биологических катализаторов, избирательно ускоряющих только определённый путь превращения конкретного вещества.

Белки ведут себя по отношению к воде по-разному: глобулярные белки являются в основном водорастворимыми, а фибриллярные белки являются нерастворимыми или плохо растворимыми в воде.

Денатурация белка – это процесс разрушения природной структуры белков (утрата четвертичной, третичной и вторичной структуры) под влиянием внешних факторов без разрыва пептидных связей.

К нарушению структуры белковых молекул (денатурации) может приводить действие неблагоприятных факторов, таких как изменение химического состава среды, высокие и низкие температуры, сильные кислоты, щёлочи, ионы тяжёлых металлов, ультрафиолетовое излучение.

Основными источниками белков для человека являются пищевые продукты животного происхождения (мясо, рыба, яйца, молочные продукты) и растительного происхождения (бобовые).

Уровни структурной организации молекул белков:

• Первичная структура: Представляет собой линейную последовательность аминокислотных остатков, соединённых пептидными связями. Она определяет уникальный порядок следования аминокислот.

• Вторичная структура: Представляет собой спираль или нить, которая формируется за счёт физико-химических взаимодействий между пептидными группами (NH и CO) аминокислотных остатков.

• Третичная структура: Представляет собой уникальную, неповторимую пространственную форму (клубок – глобулу или нить – фибриллу), возникающую в результате физико-химических взаимодействий боковых ответвлений цепи.

• Четвертичная структура: Характерна не для всех белков. Представляет собой единый корпускулярный комплекс, образованный двумя или более белковыми молекулами, уже имеющими третичную структуру.

Структурная функция: Белки входят в состав всех компонентов клеток и внеклеточных структур, выполняя роль пластического материала и придавая тканям определённую форму и прочность. Например, коллаген и эластин входят в состав кожи, сухожилий, костей.

Двигательная функция: Белки (такие как актин и миозин) принимают участие во всех видах движения клеток и организмов, обеспечивая сократимость мышечной ткани.

Энергетическая функция: Белки могут использоваться в качестве источника аминокислот или обеспечивать запас других веществ. При полном расщеплении 1 г белка в организме выделяется 17,6 кДж энергии.

• Каталитическая (ферментативная) функция: Белки-ферменты ускоряют биохимические реакции в организме, являясь биологическими катализаторами.

• Сигнальная функция: Белки (например, мембранные белки) обеспечивают приём внешних сигналов (например, зрительные пигменты) и реакцию клетки на сигнал путём изменения своей пространственной конфигурации.

• Регуляторная функция: Белки, являясь гормонами (например, инсулин и глюкагон), регулируют физиологические процессы в организме.

Примеры ферментов, использующихся в промышленности: денатурирующие белок ферменты, использующиеся в пищевой промышленности.

Зависимость активности фермента от температуры:

Активность фермента растёт с повышением температуры и достигает своего максимума при определённой, оптимальной температуре (для ферментов человека это около 37°С). При дальнейшем повышении температуры активность фермента резко падает в результате денатурации (нарушения пространственной структуры) белковой молекулы. Повышение температуры тела выше +40°С опасно для жизни, потому что при такой температуре происходит денатурация многих каталитических белков-ферментов. Утрата ферментами своей природной структуры приводит к потере их функций (способности ускорять реакции), что нарушает протекание жизненно важных биохимических реакций в организме.

Ферменты теряют способность к катализу, а гормоны – физиологическую активность при разрушении пространственной структуры их белковых молекул (денатурации), потому что биологическая функция белка (каталитическая, регуляторная и др.) неразрывно связана с его сложной пространственной конфигурацией (вторичной, третичной, четвертичной). Когда происходит денатурация, белок утрачивает эту природную структуру, что делает невозможным выполнение им его специфической функции, поскольку активный центр фермента или участок связывания гормона разрушается.

Ренатурация белка не всегда осуществима, потому что она возможна только в том случае, если вызывавший денатурацию фактор действовал непродолжительно и не был слишком сильным. Если денатурация была вызвана сильным воздействием (например, очень высокая температура, сильные кислоты), которое привело к разрыву пептидных связей (полному разрушению первичной структуры), то денатурация становится необратимой, и белок не сможет восстановить свою природную структуру и функцию.

На работу белков-ферментов влияют следующие факторы:

• Температура: Активность фермента растёт до оптимальной температуры (около 37°С для человека), но при дальнейшем повышении температуры происходит денатурация белка и активность резко падает.

• рН среды: Активность фермента зависит от химического состава среды, так как изменение рН может вызвать денатурацию.

• Ионы тяжёлых металлов, сильные кислоты/щёлочи, ультрафиолетовое излучение: Эти факторы вызывают денатурацию белка и, соответственно, потерю активности фермента.

Без опасных последствий человек может употреблять белки в пищу, потому что:

• В пищеварительном тракте белки подвергаются гидролизу (перевариванию) под действием пищеварительных ферментов.

• Белки полностью распадаются до своих мономеров – аминокислот (низкомолекулярных соединений), которые уже всасываются в кровь и используются организмом как строительный материал.

Вводить растворы белка сразу в кровь ни в коем случае нельзя, потому что:

• Введение чужеродных высокомолекулярных белков напрямую в кровь (минуя пищеварительную систему) немедленно вызовет иммунную реакцию организма.

• Белки, имеющие чуждую организму пространственную структуру, будут распознаны как антигены, что приведёт к выработке антител и может вызвать тяжёлые аллергические реакции, угрожающие жизни больного.

Липиды — жизненно необходимые вещества для организма, так как они выполняют энергетическую (самый энергоёмкий источник энергии), запасающую, структурную (образуют основу клеточных мембран), защитную (амортизирующую), теплорегулирующую и регуляторную (предшественники гормонов) функции.